• 한국융합학회논문지
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• 제11권3호
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• pp.195-200
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• 2020

본 연구에서는 8개의 터빈 날개면들이 각각 추진축상에서 45°, 40°, 35°의 각도로 기울어져 있는 Model 1, 2 및 3인 3가지 Model의 유체클러치 터빈 날개 형상에 대한 유동 해석들을 수행하였다. 터빈 날개면이 추진축상에서 각도가 크게 기울어질수록 터빈 날개의 뒷면 이후에서의 흐름에서 Model들 중에서 가장 유동 압력을 크게 받고 있음을 알 수 있다. 반면에 터빈 날개면이 추진축상에서 각도가 작게 기울어질수록 유동 속도가 작게 된다. 터빈 날개면이 추진축상에서 각도가 작게 기울어질수록, 즉 유체의 흐름과 수직에 가까운 날개 형상이 효율적으로 유체클러치에 동력을 연결하고 차단하는데 있어서 적합함을 알 수 있다. 유체클러치 터빈 날개 유형별 유동해석을 적용함으로서 본 논문에서의 연구 결과는 미적인 설계를 적용할 수 있는 융합 연구자료로서 유리하다고 여겨진다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제14권4호
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• pp.273-279
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• 2011

최근 관심이 높아지고 있는 해상풍력 터빈의 성능평가를 위해 풍력터빈 날개에 대한 점성유동장 해석을 수행하였다. Fluent package를 사용하여 회전하는 비관성 좌표계에서 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식의 해를 구하였다. 난 류 모형은 realizable k-$\varepsilon$ 모델을 사용하였으며, 격자계는 구조 격자계와 비구조 격자계를 혼합하여 사용하였다. 먼저 실험값이 공개되어 있는 2차원 날개에 대한 유동해석을 통해 수치계산 결과를 검증하였다. 다음으로 NACA 4-series 단면을 가지는 세 개의 날개가 2 MW의 정격출력을 내도록 설계된 풍력터빈 날개를 대상으로 회전수와 피치각을 고정시킨 상태에서 입사류의 속도를 변화하여 주속비 별로 성능해석을 수행하였다. 그리고 풍력터빈의 성능향상을 위해 날개의 끝에 세 가지 형태의 날개 끝판을 붙여 성능 변화를 추정하였다. 그 중에서 날개의 흡입면에 날개 끝판을 붙인 경우가 가장 우수한 성능을 보였다. 또한 풍력터빈 날개가 경사각과 레이크를 가진 경우에 대하여 출력계수를 각각 비교하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제10회 학술강연회논문집
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• pp.10-10
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• 1998

본 연구에서는 제트 추진 기관의 터빈 익렬에서의 유동과 대기 중에 부유되어 있는 입자 또는 연소 생성물들이 제트엔진 내부로 유입될 경우 이에 따른 압축기 및 터빈 날개의 마모 및 충돌 부위를 예측하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 일반적으로 각종 항공기의 추진 기관용 가스 터빈 엔진은 대기중에 부유되어 있는 각종 입자들의 영향을 받게 된다. 특히, 확산 지역을 통과하는 항공기나 먼지 입자 부유물이 많은 공업지대 또는 사막지역을 비행하는 항공기의 경우는 모래 알갱이, 먼지 및 연소 입자의 직접적인 영향을 받아 각 요소들에 심각한 부식 및 마모가 발생됨으로써 성능 저하 및 냉각 통로의 막힘, 압축기와 터빈 날개의 손상 등이 예측되어진다. 특히 항공기용 추진 기관은 엔진 입구에 유입 공기를 정화하기 위한 여과장치의 설치가 불가능하며, 자동차용 가스터빈 엔진의 경우는 여과 장치를 부착하여도 미세한 입자들이 여과 장치에 여과되지 않고 엔진 내부로 침투하게 되므로 치명적인 손상이 예상된다. 이러한 손상들은 초기에는 미세하게 발생하지만, 손상 정도가 점점 누적됨에 따라서 항공기의 안전 운전에 심각한 위험 요소로서 작용할 수 있으며, 경제적으로도 기관의 유지 보수비용의 증가를 가져올 수 있다. 따라서 압축기에 화산재 또는 대기중에 부유되어 있는 금속 입자나 먼지입자 등이 유입되었을 경우, 압축기 날개의 손상 부위와 정도를 예측하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Lagangian방법을 적용하여 압축기 날개위의 부유 입자 충돌 부위를 예측하고, 설계 시 이를 보완할 수 있는 기준을 제시하였다. 아울러 설계 입구각과 크게 벗어난 유동의 유입시에 발생되는 박리 현상과 이에 따른 입자의 유동 및 날개의 입자 접착 부위를 예측하였다. 본 연구에서는 여러 크기의 입자(다양한 Stokes 수)들을 주어진 속도에서 유선을 따라 압축기 입구에서 압축기 유로로 여러 위치에서 부유 시켜서 그 입자들의 궤적 및 충돌, 점착 위지를 고찰하고, 정량적인 충돌량을 해석하기 위하여 입자 충돌 계수를 정의하여 압축기 날개 표면의 충돌특성을 알아보았다. 이러한 예측을 통하여 압축기 날개 표면의 충돌 부위를 예측하고, 날개의 표면을 코팅하는 등 보호 개선책을 제시할 수 있고, 연소의 반응물 입자가 터빈 날개에 충돌하여 발생되는 날개 표면의 파손, 냉각 홀의 막임, 연소 입자의 점착 부위 등을 예측하여 보완책을 준비할 수 있도록 하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권1호
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• pp.20-26
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• 2014

조류발전 터빈의 효과적인 설계를 위해서는 날개의 변형을 고려한 해석이 필요하다. 날개에 가해지는 유체 하중은 날개 구조를 변형시키고, 터빈의 성능에 영향을 초래한다. 본 연구에서는 수평축 조류발전 터빈의 단독성능을 해석하는 전산유체역학 해석 절차를 개발하였다. 개발한 절차를 이용하여 조류발전 터빈의 성능을 예측하였고 실험결과와 비교하여 검증하였다. 검증된 전산유체역학 방법을 이용하여 복합재 터빈 날개에 대한 유체-구조 연성해석을 수행하였고 강체로 이루어진 터빈 날개에 대한 전산유체역학 해석 결과와 비교하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권2호
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• pp.61-70
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• 2013

조류발전용 수직축터빈(VAT)의 3차원적인 유체동력학적 성능을 효과적으로 예측할 수 있는 연구를 진행하였다. 수치해석은 2차원과 3차원으로 수행하였으며 이를 통해 물리적 유동현상의 차이를 파악하였다. 3차원 효과는 주로 날개 끝단에서 발생하는 날개끝 보오텍스가 주된 원인으로서, 이로 인해 터빈 날개가 내어주는 양력이 손실되고 회전하는 터빈은 토크가 감소하였다. 이러한 현상은 본 연구에서 채택한 통상적인 수직축 터빈의 스팬-직경비 범위에서 상당한 수준으로 나타남을 확인하였다. 본 연구에서는 대상 터빈을 선정하고 2차원으로 성능해석 후 3차원 효과를 보정하는 비교적 간단하고 효과적인 방법을 제안하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제31권10호
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• pp.845-852
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• 2007

OWE형 파력발전장치는 해수면의 승강운동을 공기실 내의 공기 흐름으로 전환하고 이를 터빈의 구동력으로 사용하는 발전장치이다. 파랑에너지가, 터빈으로 유입되는 공기에너지로 전환하도록 하는 공기실의 내부 수위의 주기적 변동은 상하대칭이 이루어지지 않고, 공기실 내 공기 유동의 압축과 팽창 과정에서 유량차가 발생하게 된다. 본 논문에서는 이를 이용하여 보다 많은 유량을 임펄스터빈의 압력면으로 유도하여 날개의 압력면과 흡입면의 압력차를 크게 하는 Staggered Blade의 적용에 대해 검토하고 그에 대한 성능 해석을 수행하였다. 터빈의 압력면으로의 공기 흐름을 제어하기 위해 Self-Pitched Blade(가변 피치 날개)를 제안하였고, 이러한 유량차를 토대로 동 조건에서 최대의 발전량과 최고 효율의 터빈을 설계하고자 하는데 그 목적이 있다.

• 플랜트 저널
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• 제18권4호
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• pp.48-57
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• 2023

본 연구에서는 희박예혼합 연소방식을 채택하고 있는 F급 가스터빈에서 연소불안정을 사전에 감지하기 위한 운전관리 개선방안에 대해 고찰했다. 가스터빈 출구에 방사형으로 설치된 16개의 날개통과온도 열전대 데이터를 수집하여 개별 날개통과온도 변화량을 분석하였다. 정상 연소상태 조건의 일주일간 개별 날개통과온도 누적변화량은 최대 26℃로 확인됐다. 반면 연소불안정 발생 시에는 대부분 수일 전부터 개별 열전대에서 온도변화량이 증가하는 전조증상을 확인할 수 있었다. 따라서 기존의 날개통과온도 최대편차 운전관리와 함께 개별 날개통과온도 변화량 감시방법을 추가하면 연소불안정을 조기에 인지할 수 있다. 본 연구결과를 바탕으로 개별 날개통과온도가 10일간 누적변화량 50℃ 이상 초과 시에 점검 및 정비를 하는 것이 적정한 관리기준으로 판단된다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1994년도 춘계학술발표회 초록집
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• pp.55-63
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• 1994

국내에서 실제 운전되고 있는 천연가스 복합발전플랜트의 성능 예측에 대한 공정전산 해석을 수행하였다. 가스터빈 사이클은 압축기, 연소기, 터빈 및 터빈 날개의 냉각을 위한 냉각계통으로 구성하였으며, 중기터빈 사이클은 폐열회수보일러, 고압/중압/저압터빈, 펌프 및 부속공정으로 구성하였다. 해석결과는 실제 플랜트의 운전자료와 정성적 및 정량적으로 잘 일치하였으며, 폐열회수보일러의 적절한 설계에 의하여 전체 플랜트의 출력향상을 도모할 수 있음을 제시하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권4호
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• pp.336-343
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• 2009

터빈 익렬 내의 2차유동손실은 터빈 익렬에서 발생하는 전체 공기역학적 손실의 30~50% 차지한다. 따라서 터빈 효율 향상에 있어 개선해야 될 중요한 부분으로 인식되고 있다. 또한, 과거부터 2차유동에 의한 손실을 줄이기 위한 많은 연구들이 수행되어졌다. 본 논문에서는 2차유동손실을 일으키는 요인 중의 하나인 말굽와류의 강도를 감쇄시키기 위해 일반적인 날개 앞전에 판을 설치하였으며, 판의 설치 높이 및 길이 등의 형상변수에 따라 발생된 말굽와류의 특성에 대해 연구하였다. 연구를 위해 $FLUENT^{TM}$를 이용하였다. 그리고 기준 모델의 경우보다 전압력 손실 계수가 약 4.0% 향상되었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제12권1호
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• pp.9-14
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• 2009

2차원 비정상의 RANS 방정식을 이용하여 피치가 고정된 3개 혹은 4개의 날개(hydrofoil)를 가지는 조류발전용 수직축 터빈주위의 비정상 유동장 해석을 수행하였다. 상용수치해석코드인 Fluent를 이용하여, 균일류에 놓인 $NACA65_3$-018날개에 대하여 받음각(angle of attack)의 변화를 주며 계산되는 유체력을 실험값과 비교하였고, 이를 바탕으로 대표적인 수직축 조류발전 터빈의 특성을 2차원적으로 고찰하였다. 사용된 수치해법은 대상 유동을 효과적으로 모사할 수 있음을 확인 하였고, 터빈의 최적 효율은 날개수 및 유속 대비 회전수 등의 적절한 조합으로 실현 될 수 있음을 파악하였다.